Ejercicios: Clasificación de las reacciones químicas

La reacción básica de la industria de los fertilizantes es la síntesis del amoníaco: $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$. El esquema la representa con el modelo de partículas:

1. a) ¿A qué tipo pertenece según su estructura: síntesis, descomposición, sustitución o doble sustitución?
2. b) Justificalo a partir del número de reactivos y de productos de la ecuación.

Clasificá cada una de estas reacciones como síntesis, descomposición, sustitución o doble sustitución, justificando la elección en cada caso:

1. a) $2\ \text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O}$ (motor de hidrógeno)
2. b) $2\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\ \text{H}_2 + \text{O}_2$ (electrólisis del agua en la Estación Espacial Internacional para obtener oxígeno respirable)
3. c) $\text{Zn} + 2\ \text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2$ (zinc con ácido en el laboratorio)
4. d) $\text{NaOH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$ (neutralización)

En los hornos de las cementeras la piedra caliza se transforma según $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$.

1. a) Clasificá la reacción según su estructura y justificalo.
2. b) Nombrá los dos productos, sabiendo que el $\text{CaO}$ es la cal viva usada en construcción.

Al introducir un clavo de hierro en una solución azul de sulfato de cobre(II), el clavo se recubre de un depósito rojizo y el color azul de la solución va palideciendo. La reacción es $\text{Fe} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{Cu}$. La situación se muestra en la figura.

1. a) Clasificá la reacción según su estructura.
2. b) Indicá qué elemento sustituye (desplaza) a cuál y explicá qué sustancia forma el depósito rojizo.

En el laboratorio, al mezclar sendas disoluciones incoloras de nitrato de plata y de cloruro de sodio aparece un sólido blanco que cae al fondo del tubo: $\text{AgNO}_3 + \text{NaCl} \rightarrow \text{AgCl} + \text{NaNO}_3$. El tubo se representa en la figura.

1. a) Explicá qué es un precipitado y señalá cuál es en esta reacción.
2. b) Razoná por qué esta reacción se clasifica como doble sustitución (o de intercambio).

El ácido clorhídrico y el hidróxido de sodio reaccionan según $\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$.

1. a) Señalá cuál de los reactivos es el ácido y cuál es la base.
2. b) Nombrá los dos tipos de sustancias que se forman siempre en una reacción de neutralización.
3. c) Indicá a qué tipo estructural (síntesis, descomposición, sustitución o doble sustitución) pertenece la neutralización.

Las bengalas y los flashes fotográficos antiguos aprovechan que el magnesio arde con una luz blanca muy intensa: $2\ \text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{MgO}$. Según el criterio clásico, un elemento se oxida cuando gana oxígeno.

1. a) ¿Qué sustancia se oxida en esta reacción? Justificalo.
2. b) La sustancia que aporta el oxígeno se llama oxidante. ¿Cuál es aquí el oxidante?

En el alto horno se obtiene el hierro según $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\ \text{CO} \rightarrow 2\ \text{Fe} + 3\ \text{CO}_2$. Recordá el criterio clásico: se oxida la sustancia que gana oxígeno y se reduce la que lo pierde.

1. a) ¿Qué sustancia se reduce? Justificalo comparando su fórmula antes y después.
2. b) ¿Qué sustancia se oxida?
3. c) El reductor es la sustancia que provoca la reducción de otra. ¿Cuál actúa aquí como reductor?

Clasificá cada reacción según su estructura (síntesis, descomposición, sustitución o doble sustitución), razonando la respuesta a partir del número y del tipo de sustancias que intervienen:

1. a) $2\ \text{SO}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{SO}_3$ (etapa clave de la fabricación del ácido sulfúrico)
2. b) $2\ \text{KClO}_3 \rightarrow 2\ \text{KCl} + 3\ \text{O}_2$ (obtención de oxígeno en el laboratorio)
3. c) $\text{Cl}_2 + 2\ \text{KBr} \rightarrow 2\ \text{KCl} + \text{Br}_2$ (extracción del bromo de las salmueras)
4. d) $\text{BaCl}_2 + \text{Na}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{BaSO}_4 + 2\ \text{NaCl}$ (análisis de sulfatos en el control de calidad del agua)

En albañilería, la cal viva (óxido de calcio) se «apaga» agregándole agua, y se obtiene cal apagada (hidróxido de calcio), desprendiéndose mucho calor.

1. a) Escribí la ecuación de la reacción a partir de las fórmulas de reactivos y producto y ajustala.
2. b) Clasificala según su estructura y justificalo.
3. c) Explicá, a la vista del calor desprendido, por qué el recipiente donde se apaga la cal se calienta tanto.

El agua oxigenada del botiquín (peróxido de hidrógeno, $\text{H}_2\text{O}_2$) se descompone lentamente en agua y oxígeno, por eso las botellas viejas pierden eficacia desinfectante.

1. a) Escribí y ajustá la ecuación de la descomposición: $\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$.
2. b) Clasificá la reacción según su estructura y justificalo.
3. c) El envase indica «conservar en lugar fresco y oscuro»: razoná a qué fenómeno quieren frenar con ese consejo.

En la demostración conocida como «árbol de plata», un hilo de cobre sumergido en una solución de nitrato de plata se va cubriendo de cristales grises de plata, mientras la solución toma un color azulado por el nitrato de cobre(II) formado. El montaje se muestra en la figura.

1. a) Escribí la ecuación (reactivos: cobre y nitrato de plata; productos: nitrato de cobre(II), $\text{Cu(NO}_3\text{)}_2$, y plata) y ajustala.
2. b) Clasificala según su estructura e indicá qué metal desplaza a cuál.

Al mezclar en un vaso disoluciones incoloras de nitrato de plomo(II) y de yoduro de potasio aparece un llamativo precipitado amarillo de yoduro de plomo(II); en la disolución queda disuelto nitrato de potasio. Fijate en el esquema:

1. a) Escribí y ajustá la ecuación de la reacción.
2. b) Clasificala según su estructura y justificá por qué recibe el nombre de reacción de precipitación.

La leche de magnesia, un antiácido de venta en farmacias, contiene hidróxido de magnesio, que neutraliza el exceso de ácido clorhídrico del estómago: $\text{Mg(OH)}_2 + \text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + \text{H}_2\text{O}$ (ecuación sin ajustar).

1. a) Ajustá la ecuación.
2. b) Clasificala como neutralización y, a la vez, según su estructura, como doble sustitución, explicando ambas etiquetas.
3. c) Señalá la sal que se forma.

La combustión del gas natural se escribe $\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$. Usá los números de oxidación: en el $\text{CH}_4$ el carbono actúa con $-4$, en el $\text{CO}_2$ con $+4$; el oxígeno vale $0$ en el $\text{O}_2$ y $-2$ en los productos.

1. a) Indicá qué elemento aumenta su número de oxidación (se oxida) y cuál lo disminuye (se reduce).
2. b) El que cede electrones es el reductor y el que los capta, el oxidante: identificalos.
3. c) Concluí si toda combustión es, en el fondo, una reacción de oxidación-reducción.

Compará estas dos reacciones de formación del cloruro de sodio:

1. a) $2\ \text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\ \text{NaCl}$ (síntesis a partir de los elementos)
2. b) $\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$ (neutralización)

Asigná los números de oxidación del sodio y del cloro en ambos miembros de cada ecuación y decidí cuál de las dos es un proceso redox (con transferencia de electrones) y cuál no, justificándolo.

Para soldar in situ los rieles del ferrocarril se usa la reacción de la termita: $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 2\ \text{Al} \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + 2\ \text{Fe}$, tan exotérmica que el hierro se obtiene fundido. El montaje de la soldadura se esquematiza en la figura.

1. a) Clasificala por su estructura (síntesis, descomposición, sustitución o doble sustitución) y justificalo.
2. b) Asigná los números de oxidación del hierro y del aluminio a ambos lados ($+3$ en los óxidos, $0$ en los metales) e identificá el oxidante y el reductor.
3. c) Relacioná el carácter exotérmico de la reacción con su utilidad para esta soldadura y explicá por qué no importa que el otro producto sea un óxido.

El dióxido de azufre emitido por antiguas centrales térmicas se transforma en la atmósfera según $2\ \text{SO}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{SO}_3$, paso previo a la formación de la lluvia ácida.

1. a) Clasificá la reacción por su estructura (síntesis, descomposición, sustitución o doble sustitución).

1. b) Asigná los números de oxidación del azufre ($+4$ en el $\text{SO}_2$, $+6$ en el $\text{SO}_3$) y del oxígeno ($0$ en el $\text{O}_2$, $-2$ combinado) y demostrá que también es un proceso redox, indicando qué se oxida y qué se reduce.

1. c) Concluí si una misma reacción puede pertenecer a dos tipos según el criterio empleado y poné otro ejemplo, distinto de este, de una reacción que sea a la vez de un tipo estructural (síntesis, descomposición, sustitución…) y un proceso redox. Indicá en él qué especie se oxida y cuál se reduce.

La corrosión del acero de los barcos puede resumirse en $4\ \text{Fe} + 3\ \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{Fe}_2\text{O}_3$. Para proteger los cascos se fijan a ellos bloques de zinc, llamados ánodos de sacrificio, que se van gastando en lugar del hierro. La disposición de los bloques se muestra en la figura.

1. a) Clasificá la reacción de corrosión por su estructura y, asignando números de oxidación ($0$ en los elementos, $+3$ y $-2$ en el óxido), comprobá que también es redox: ¿qué se oxida?
2. b) El zinc se oxida con más facilidad que el hierro (cede antes sus electrones). Razoná, con ese dato, por qué los bloques de zinc evitan que se oxide el casco.
3. c) Explicá por qué esos bloques deben reponerse periódicamente y qué ocurriría si no se repusieran.

La serie de reactividad de algunos metales (de más a menos reactivo) es: $\text{K} > \text{Ca} > \text{Na} > \text{Mg} > \text{Al} > \text{Zn} > \text{Fe} > \text{Pb} > \text{H} > \text{Cu} > \text{Ag}$. Un metal desplaza de sus compuestos a los que están a su derecha en la serie, y solo los situados a la izquierda del hidrógeno reaccionan con los ácidos desprendiendo $\text{H}_2$.

Predecí, justificándolo con la serie, si se producirá reacción en cada caso y escribí la ecuación ajustada cuando la haya:

1. a) Cobre con ácido clorhídrico.
2. b) Zinc con ácido clorhídrico (productos: cloruro de zinc e hidrógeno).
3. c) Plata con solución de sulfato de cobre(II).
4. d) Zinc con solución de sulfato de cobre(II) (productos: sulfato de zinc y cobre).

Un alumno afirma que la neutralización $\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$ es una reacción redox «porque en ella se intercambian partículas».

1. a) Asigná los números de oxidación de todos los elementos (H: $+1$; Cl: $-1$; Na: $+1$; O: $-2$) en cada sustancia de ambos miembros.
2. b) Comprobá si cambia alguno al pasar de reactivos a productos.
3. c) Valorá la afirmación del alumno: explicá la diferencia entre el intercambio de iones de una doble sustitución y la transferencia de electrones de un proceso redox.

El conocido experimento del «volcán efervescente» (y los antiácidos efervescentes) mezcla un carbonato con un ácido. Con carbonato de sodio y ácido clorhídrico la reacción global es $\text{Na}_2\text{CO}_3 + 2\ \text{HCl} \rightarrow 2\ \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$.

1. a) Clasificá la reacción global por su estructura.
2. b) En realidad el intercambio produce primero ácido carbónico, $\text{H}_2\text{CO}_3$, un compuesto inestable que se descompone en agua y dióxido de carbono: escribí y ajustá esa segunda ecuación y clasificala.
3. c) Concluí que una transformación observada en el laboratorio puede ser el encadenamiento de dos reacciones de tipos distintos, y relacioná el burbujeo con el gas formado.

La fotosíntesis puede resumirse en $6\ \text{CO}_2 + 6\ \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\ \text{O}_2$.

1. a) Intentá clasificarla por su estructura (síntesis, descomposición, sustitución o doble sustitución) y comentá por qué no encaja limpiamente en ninguno de los cuatro tipos.
2. b) Asigná los números de oxidación del carbono ($+4$ en el $\text{CO}_2$; valor medio $0$ en la glucosa) y del oxígeno ($-2$ en el agua; $0$ en el $\text{O}_2$) e identificá qué elemento se oxida y cuál se reduce.
3. c) Concluí qué criterio de clasificación (la estructura o la transferencia electrónica) resulta más general para procesos como la fotosíntesis o la respiración celular, que es su reacción inversa.

Se quiere obtener cloruro de sodio en el laboratorio por tres vías distintas. Escribí y ajustá una ecuación de cada tipo y clasificala:

1. a) Una síntesis a partir de los elementos sodio y cloro.
2. b) Una neutralización entre un ácido y una base adecuados.
3. c) Una doble sustitución entre carbonato de sodio y cloruro de calcio, en la que precipita carbonato de calcio.
4. d) La sal común se obtiene industrialmente evaporando agua de mar en salinas: razoná por qué ese proceso industrial no es una reacción química, aunque produzca la misma sustancia.